1 引言
USB接口以其數據傳輸快、連接簡單、易于擴展、支持熱插拔等特點已成為外設與PC通信的主要方式之一。隨著嵌入式系統的發展，嵌入式微處理器需增加通用的USB接口，以便實現與PC等USB主機系統的通信。針對這樣的需求，這里采用PHILIPS公司的USB接口器件PDIUSBD12和Atmel公司的AVR系列單片機ATmega8設計一種通用的USB接口模塊。該模塊可方便為各種嵌入式微處理器增加USB接口，從而實現與USB主機系統的高速通信。

2 系統硬件設計

該系統模塊的控制核心是AVR高速單片機ATmega8。AVR單片機是新一代基于哈佛結構的高速RISC微控制器，具有速度快、價格低、可靠性高，I／O口線驅動能力強和片內集成外設資源豐富等特點，其內部集成有可進行ISP下載編程的Flash，EEPROM、熔絲位和鎖定位。AVR單片機的ISP下載電纜制作簡單、成本低廉，還有免費的下載軟件(例如PonyProg)支持。PDIUSBD12是一款高性價比USB接口器件，完全符合USB1.l規范，易于與各種微處理器接口。

系統模塊AVR單片機與PDIUSBD12的電路連接如圖1所示。

由圖1看出，由于AVR單片機具有高速性，可利用I／O端口線以軟件方式模擬PDIUSBD12的時序，對其讀寫。這種方式可根據不同的微處理器速度靈活控制PDIUSBD12的時序和地址，無需譯碼電路，從而簡化硬件設計，降低成本。

由于ATmega8片內集成了UART，SPI，I2C等接口，該接口模塊可利用這些接口與其他系統通信，使得該接口模塊成為通用的接口轉換器。其系統硬件結構框圖如圖2所示。

3 USB固件程序設計

本系統模塊的USB固件程序采用符合ANSI C標準的GCC編譯器設計，結合分層次的模塊化結構，可移植性強，只需稍微修改硬件接口層即可將其移植到別的硬件平臺，可重復利用代碼。

USB固件程序設計是基于狀態機和標準的前后臺式程序架構。整個同件程序的模塊化層次結構如圖3所示。首先編寫硬件接口層hal.c和PDIUSBD12器件的命令接口層，以供上層模塊調用。硬件接口層含有對PDIUSBD12寫指令和讀寫數據的函數，以供上層模塊調用。當CPU不同時，只需修改這些函數即可。由于CPU訪問PDIUS-BD12與普通存儲器一樣，只需根據硬件連接關系，在硬件抽象層中編寫對PDIUSBD12寫指令、寫讀數據的函數，供上層調用即可。實現PDIUSBD12的命令接口層需調用硬件抽象層函數，供上層模塊調用。再設計前后臺程序及標準設備請求程序模塊。

先利用C語言的共用體與位域定義一個全局狀態變量如下所示：

用戶可根據需要增加相應的狀態標志位，如UART，SPI，I2C等接口收發數據完成標志來滿足各種情況下的需要，然后定義一個結構體變量用于存放USB的標準設備請求。

在前臺主程序中首先初始化全局變量和其他外圍設備，然后在while(1)的死循環中檢測狀態變量值有無變化，根據不同的狀態變量值調用下層的相應函數完成相關操作。在后臺的中斷服務程序中，根據讀取的中斷寄存器值一方面將PDIUSBD12接收到的數據移入CPU內存或將內存中的數據寫入PDIUSBD12發送端點的緩沖區；另一方面根據具體情況改變狀態變量值。